殘余應力測試方法

一、殘余應力介紹:

殘余應力是消除外力或不均勻的溫度場等作用后仍留在物體內(nèi)的自相平衡的內(nèi)應力。機械加工和強化工藝都能引起殘余應力。如冷拉彎曲、切削加工、滾壓、噴丸、鑄造、鍛壓、焊接和金屬熱處理等，因不均勻塑性變形或相變都可能引起殘余應力。

殘余應力的產(chǎn)生:

二、機械加工引起的殘余應力

這是金屬構(gòu)件在加工中最易產(chǎn)生的殘余應力。當施加外力時，物體的一部分出現(xiàn)塑性變形，卸載后，塑性變形部分，限制了與其相鄰部分變形的恢復，因而出現(xiàn)了殘余應力。構(gòu)件在外力作用下出現(xiàn)局部的塑性變形，當外力去除時，這些局部的擔性變形限制了整個截面變形的恢復，因此產(chǎn)生了殘余應力。這種由局部塑性變形引起的殘余應力，在很多加工工藝中均會出現(xiàn)，如鍛壓、切削、冷拔、冷彎等等。這種殘余應力往往是很大的。

三、溫度不均引起的殘余應力

這種殘余應力的產(chǎn)生主要有以下兩種原因:第一是由于溫度不均勻造成局部熱塑性變形;第二是由于相變引起的體積膨脹不均勻造成局部塑性變形。

1、于熱塑性變形不均而產(chǎn)生的殘余應力

金屬材料在高溫下其性能將發(fā)生很大的變化，如屈服極跟、彈性摸量等都隨溫度的升高而下降。如果構(gòu)件上溫度場的溫度階梯較大，則屈股極限和彈性模量的分布也是不均勻的，因此在高溫下出現(xiàn)的熱塑性也是不均勻的。

2、因組織改變而產(chǎn)生的殘余應力

四、構(gòu)件尺寸公差引起的殘余應力

在焊接、鋇接、螺釘連接時往往有公差配合問題。如船體分段對接時必須將對接鋼板拉到一起，這些由外力拉到一起而組合的結(jié)構(gòu)，當外力去除后，整個系統(tǒng)就出現(xiàn)了殘余應力。這種應力一般來說屬于結(jié)構(gòu)應力，大多數(shù)情況下處于彈性狀態(tài)。

五、殘余應力的分類

按照殘余應力平衡范圍的不同，通常可將其分為三種:

⑴第一類內(nèi)應力，又稱宏觀殘余應力，它是由工件不同部分的宏觀變形不均勻性引起的，故其應力平衡范圍包括整個工件。例如，將金屬棒施以彎曲載荷，則上邊受拉而伸長，下邊受到壓編變形超過彈性極限產(chǎn)生了塑性變形時，則外力去除后被伸長的一邊就存在壓應力，短邊為張應力。這類殘余應力所對應的畸變能不大，僅占總儲存能的0.1%左右。

(⑵第二類內(nèi)應力，又稱微觀殘余應力，它是由晶拉或亞晶粒之間的變形不均勻性產(chǎn)生的。其作用范圍與晶粒尺寸相當，即在晶拉或亞晶粒之間保持平衡。這種內(nèi)應力有時可達到很大的數(shù)值，甚至可能造成顯微裂紋并導致工件破壞。

⑶第三類內(nèi)應力，又稱點陣畸變。其作用范圍是幾十至幾百納米，它是由于工件在塑性變形中形成的大量點陣缺陷(如空位、間隙原子、位錯等)引起的。變形金屬中儲存能的絕大部分(80%-0%)用于形成點陣畸變。這部分能量提高了變形晶體的能量，使之處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài)，故它有一種使變形金屬重新恢復到自由焰zui低的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)的自發(fā)趨勢，并導致塑性變形金屬在加熱時的回復及再結(jié)晶過程。

六、殘余應力的影響

殘余應力一較是有害的，如零件在不適當?shù)臒崽幚?、焊接或切削加工后，殘余應力會引起零件發(fā)生翹曲或扭曲變形，甚至開裂。或經(jīng)淬火、磨削后表面會出現(xiàn)裂紋。殘余應力的存在有時不會立即表現(xiàn)為缺陷，而當零件在工作中因工作應力與殘余應力的疊加，使總應力超過強度極限，便出現(xiàn)裂紋和斷裂。

零件的殘余應力大部分都可通過適當?shù)臒崽幚硐?/span>

殘余應力有時也有有益的方面，它可以被控制用來提高零件的疲勞強度和耐磨性能。

1、對金屬材料屈服極限的影響

2、殘余應力對疲勞壽命的影響

3、殘余應力對構(gòu)件變形的影響

4、殘余應力對金屬脆性破壞的影響

5、殘余應力對應力腐蝕開裂的影響

七、殘余應力檢測方法

1、盲孔法

2、壓痕法

3、切割法

4、超聲波法

5、磁性法

6、X射線衍射法

7、中子衍射法

在各工業(yè)領(lǐng)域，殘余應力測試技術(shù)和應用研究受到高度重視，目前測試方法還較少，且各測試方法均有一定的局限性。目前，應用較多為盲孔法（鉆孔法）和X射線衍射法。